信阳师范学院物理学专业课程教学大纲.doc

信阳师范学院
物理学专业课程教学大纲
（2011版）
物理电子工程学院
2011年8月
目录《力学》课程教学大纲 1
《热学》课程教学大纲11
《电磁学》课程教学大纲21
《光学》课程教学大纲35
《原子物理学》课程教学大纲44
《理论力学》课程教学大纲57
《电动力学》课程教学大纲66
《热力学与统计物理》课程教学大纲71
《量子力学》课程教学大纲82
《电子技术基础》课程教学大纲104
《电工学》课程教学大纲121
《固体物理学》课程教学大纲133
《数学物理方法》课程教学大纲142
《物理教学论》教学大纲155
《计算物理学》教学大纲174
《粒子物理基础》教学大纲184
《材料物理》课程教学大纲191
《量子力学Ⅱ》课程教学大纲197
《物理学史》课程教学大纲209
《现代分析技术》课程教学大纲228
《现代物理学进展》课程教学大纲232
《多媒体课件制作》教学大纲252
《科技论文写作》课程教学大纲260
《中学物理教学》教学大纲266
《专业英语》课程教学大纲281
《通信原理》课程教学大纲285
《信号与系统》课程教学大纲297
《教育见习》课程教学大纲310
《教育实习》课程教学大纲314 《学年论文》课程教学大纲319 《毕业论文》课程教学大纲322
信阳师范学院物理电子工程学院
《力学》课程教学大纲
课程编号：04110016
课程性质：学科基础课
先修课程：高等数学A（Ⅰ）
适合专业：物理学
开设学期：第一学期
考核方式：闭卷考试
总学时数：96
学分：6
（一）课程教学目标
《力学》课程是物理学专业一门重要的专业基础课，具有非常重要的地位和作用，它具有承上启下的桥梁作用，使学生学习后续专业课程的基础。

本课程的任务是通过学习，使学习者认识到物理学的博大精深以及物理的发展历史，了解大学的学习与中学的区别，为更好的适应以后的学习打下坚实的基础。

（二）课程的目的与任务
通过本课程的教学，应使学生对物质的机械运动的规律有比较全面、系统和深刻的认识，并能运用这些规律，从而掌握解决力学问题的一般方法；例如把实际对象抽象为理想模型；矢量和矢量方程；状态量与过程量；动量、能量、角动量概念及它们的守恒定律；振动、波动的一般描述；流体运动的规律和场的概念等等。

能居高临下、深入浅出地分析解决中学物理教学中遇到的力学问题，增强他们运用数学工具处理物理问题的能力。

提高抽象思维和逻辑推理能力，为以后后续课程的学习打下坚实的基础。

（三）理论教学的基本要求
（说明学生学完该课程后，在知识、技能和能力上分别应达到的程度。

按“了解”、“理解”、“掌握”三个层次写明课程的主要内容和要求。

）
“了解”质点、质点系及刚体动力学的基本规律。

“理解”振动与波动的基本规律。

“掌握”角动量及刚体的转动。

（四）教学学时分配数
（五）大纲内容
第零章数学知识
第一部分微积分初步
0.1函数，导数与微分
0.2不定积分
0.3定积分
第二部分矢量
0.1矢量
0.2矢量的加法与减法
0.3矢量的数乘
0.4矢量的正交分解
0.5矢量的标积和矢积
0.6矢量的导数
教学目的和要求：
1.掌握微积分和导数的运算及其基本性质，会计算简单的微分、定积分、导数及它们之间的关系；
2.掌握矢量的性质及其运算方法，了解矢量函数的导数。

第一章物理学和力学
本章主要教学内容：
1.1发展着的物理学
1.2物理学科的特点
1.3时间和长度的计量
1.4单位制和量纲
1.5数量级估计
1.6参考系、坐标系与时间坐标轴
1.7力学-----学习物理学的开始
本章教学目的及要求：
1.讲授物理学的研究对象及其内容分类、明确力学的研究内容及力学在物理学中的地位，对力学有个大概的认识。

2.掌握物理学科的特点，认识测量在物理学研究中的重要作用。

能够区分时刻和时间间隔、认识参考系和坐标系等基本概念。

本章教学重点及难点：物理学的发展。

本章小结：本章开宗明义地介绍了物理学科的特点和沿革，彰显了科学素养的重要性，要掌握好时间和长度的计量、单位制和量纲、数量级估计以及参考系的运用。

第二章质点运动学
本章主要教学内容：
2.1质点的运动学方程
2.2瞬时速度与瞬时加速度矢量
2.3质点直线运动——从坐标到速度和加速度
2.4质点直线运动——从加速度到速度和坐标
2.5平面直角坐标系、抛体运动
2.6自然坐标系、切向和法向加速度
2.7极坐标系、径向速度与横向速度
2.8伽利略变换
本章教学目的及要求：
1.理解位矢、速度和加速度是质点运动学的三个基本物理量。

正确区分位移与路程、速度与速率，深刻理解速度、加速度的瞬时性、矢量性和相对性。

2.掌握由运动方程求位移、速度和加速度的方法，掌握用坐标的方法分析竖直上抛与下落运动、抛体运动。

3.解圆周运动的描述方法。

理解法向加速度和切向加速度的概念，会计算法向加速度和切向加速度。

4.了解相对运动。

了解伽利略相对性原理和经典力学时空观。

本章教学重点及难点：运动学在三种坐标系中的描述。

本章小结：本章知识点为质点运动学，基本内容包括位置、位移、速度、加速度矢量及其分量表示，它们之间的求导和积分运算，相对运动的合成。

第三章动量定理及动量守恒定律
本章主要教学内容：
3.1牛顿第一定律和惯性参照系
3.2惯性质量——动量和动量守恒定律
3.3牛顿运动定律——伽利略相对性原理
3.4主动力和被动力
3.5牛顿运动定律的应用
3.6非惯性系中的力学
3.7用冲量表述的动量定理
3.8质点系动量定理和质心运动定理
3.9经典力学中动量守恒定律的常见形式
3.10火箭的运动
本章教学目的及要求：
1.深刻理解牛顿运动定律以及惯性、力、质量、惯性参考系等概念。

2.掌握重力、弹性力和摩擦力的基本特点。

能熟练地运用牛顿运动定律分析求解质点动力学问题。

3.理解平动惯性力和惯性离心力的概念。

能分析求解平动加速参考系中的质点动力学问题和匀角速转动参考系中相对静止的问题。

4.理解动量、冲量的概念，掌握动量定理及其应用。

5.了解质心概念，了解质心和中心的区别，理解质心运动定理。

6.正确理解质点组的动量守恒及与内力无关的条件。

熟练掌握动量守恒定律及其应用，理解动量守恒的条件。

本章教学重点及难点：力学相对性原理和动量守恒。

本章小结：本章知识点为惯性下质点动力学、非惯性下质点动力学、质点系动量定理和守恒律。

基本内容包括牛顿三定律，力学中常见的力，非惯性系下质点动力学，地球表面惯性力引起的自然现象，质心运动定律，质点与质点系动量定理与守恒定律。

第四章动能和势能
本章主要教学内容：
4.1能量----另一个守恒量
4.2力的元功——用线积分表示功
4.3质点和质点系的动能定理
4.4保守力与非保守力——势能
4.5动能原理和机械能守恒定律
4.6对心碰撞
4.7非对心碰撞
4.8质心参考系的运动——粒子的对撞
本章教学目的及要求：
1.理解功和功率的概念；会计算恒力的功，掌握变力做功的计算方法。

2.理解动能概念，掌握动能定理及其应用。

3.理解保守力和非保守力；理解势能的概念及势能为系统共有的性质；掌握
势能的计算。

4.理解功能定理；掌握系统机械能守恒定律及其守恒条件，能运用来解决动力学问题。

5.理解碰撞概念，理解碰撞的分类；理解守恒定律在碰撞问题中的应用。

本章教学重点及难点：保守力与机械能。

本章小结：本章知识点为质点系功能原理与机械能守恒定律。

基本内容包括质点与质点系动能定理、质点系动能定理中内力功分析、质点系功能原理与机械能守恒定律、对心碰撞。

第五章角动量
本章主要教学内容：
5.1质点的角动量
5.2质点系的角动量定理和角动量守恒定律
5.3质点系对质心的角动量定理和角动量守恒定律
5.4对称性与守恒律
5.5经典动力学的适用范围
本章教学目的及要求：
1.掌握力矩、角动量的计算方法；掌握角动量定理的矢量特点。

2.掌握角动量守恒定律的适用条件及运用；正确理解力矩和角动量的普遍定义与参考点的选择有关。

3.了解对称性与守恒律的关系。

本章教学重点及难点：力矩与角动量定理。

本章小结：本章的核心知识点为质点系角动量定理与守恒定律。

基本内容包括质点的角动量、质点角动量定理、质点系角动量定理与守恒定律。

第六章万有引力
本章主要教学内容：
6.1开普勒定律
6.2万有引力定律。

惯性质量与引力质量
6.3引力势能
6.4潮汐
本章教学目的及要求：
1.理解万有引力定律。

2.理解引力势能概念并会计算；认识重力和引力的区别。

3.理解三种宇宙速度的物理意义，能够推导出第一和第二宇宙速度。

掌握万有引力势能的计算。

4.了解引力质量和惯性质量在物理概念上的区别以及如何把二者统一起来。

本章教学重点及难点：定律的导出、重力与引力的偏差
本章小结：本章的核心知识点为万有引力平方反比定律。

基本内容包括开普勒三大定律、万有引力定律的推演、地球自转对重量的影响和引力势能。

第七章刚体力学
本章主要教学内容：
7.1刚体运动的描述
7.2刚体的动量和质心运动定理
7.3刚体定轴转动的角动量-转动惯量
7.4刚体定轴转动的动能定理
7.5刚体平面平行运动的动力学
7.6刚体的平衡
7.7自旋和旋进
本章教学目的及要求：
1.理解角速度和角加速度的概念掌握角量与线量的关系。

2.初步掌握平面力系的简化方法。

3.掌握刚体的平衡条件，并能熟练应用。

4.理解并掌握转动惯量的物理意义及有关的基本计算。

5.掌握转动定理，会计算定轴转动的简单力学问题。

6.理解刚体绕定轴转动的角动量和转动动能的概念并会计算；掌握定轴转动的动能定理。

7.理解角动量守恒的条件，掌握角动量守恒定律。

8.掌握刚体的平面运动，掌握圆柱体的无滑滚动的求解问题。

本章教学重点及难点：刚体转动动力学及平面运动动力学。

本章小结：本章的核心知识点为刚体定轴转动定理和平面平行运动。

基本内容包括刚体的平动、定轴转动以及两者的复合运动、刚体对一定轴的转动惯量、
刚体的定轴转动的转动定理和动能定理、刚体平面运动的动力学。

第八章振动
本章主要教学内容：
8.1简谐振动系统的动力学特征
8.2简谐振动的运动学
8.3简谐振动的能量转换
8.4简谐振动的合成
8.5振动的分解
8.6阻尼振动
8.7受迫振动
8.8 “不守规矩” 的摆-混沌行为
8.9参数振动-自激振动
本章教学目的及要求：
1.要牢固掌握简谐振动的规律，会判断简谐振动，深刻理解振幅、圆频率、相位和相位差等概念，并能熟练地进行有关计算。

2.理解简谐振动中动能、势能的转化规律及总机械能的计算。

3.掌握简谐振动旋转矢量表示法；会分析同方向、同频率二简谐振动的合成；了解拍和拍频，了解相互垂直二简谐振动的合成。

4.阻尼振动和受迫振动以定性讨论为主，对共振现象应予足够重视。

本章教学重点及难点：相位及振动的合成。

本章小结：本章的核心知识点为振动的起因与形成、运动学行为和合成。

基本内容包括简谐振动的微分方程、运动学和几何描述，简谐振动的合成，阻尼振动，受迫振动。

第九章波动和声
本章主要教学内容：
9.1波的基本概念
9.2平面简谐波方程
9.3波动方程和波速
9.4平均能流密度——声强与声压
9.5波的叠加和干涉——驻波
9.6多普勒效应
本章教学目的及要求：
1.了解机械波的产生和传播；理解波的频率、波速、波长的概念，掌握它们之间的关系，掌握波速与振动状态的传播、波长与空间周期性，并能较熟练地计算有关问题。

2.充分理解振动与波动的区别和联系。

掌握平面简谐波的规律，并能进行有关计算。

3.了解声强、声强级的概念。

了解波的能量密度和能流密度的概念。

理解半波损失并掌握波的反射的有关计算。

4.掌握波的干涉与驻波的特点，明确驻波与行波的区别。

5.理解并掌握多普勒效应
本章教学重点及难点：平面简谐波及驻波的特点。

本章小结：本章的核心知识点为平面简谐波、波的干涉。

基本内容包括机械波的定性描述，机械波的运动学、动力学方程，简谐波的运动学方程，机械波的能量与传输，多普勒效应。

（六）课程有关说明
需要《高等数学》的微积分基础，是后续物理课程的基础。

（七）主要教学方法与媒体要求
本课程所采取的主要教学方法是课堂讲述和随堂提问相结合以及在教学过程中所需要的多媒体基本教学辅助设施等。

（八）教材及参考书
1.教材：
《力学》（第1版），漆安慎、杜婵英，高等教育出版社，1997年5月
2.教学参考书:
①《新概念物理教程·力学》（第1版）,赵凯华、罗蔚苗，高等教育出版社，1995年7月
②《力学引论》（第1版），[美] D﹒KLEPPNER R﹒J﹒KOLENKOW 著宁远源、刘爱晖译，人民教育出版社，1980年12月
③《物理学导论》上册（第1版），F﹒J﹒BUECHE 著殷大钧等译，人民教育出版社，1978年12月。

④《力学》普通物理学教程丛书上下册（第一版），郑永令、贾起民，复旦大学出版社，1989
⑤《力学》大学物理通用教程（第一版），钟锡华、周岳明，北京大学出版社，2001
（九）其他
无。

制订：力热教研室
执笔人：冯明海2011年7月12日
审核人：秦萍2011年7月19日
信阳师范学院物理电子工程学院
《热学》课程教学大纲
课程编号：04110023
课程性质：学科基础课
适合专业：物理学
先修课程：高等数学
开设学期：第二学期
考核方式：闭卷考试
总学时数：48-54
学分：3
一、课程教学目标
热学是物理学专业的一门重要专业基础课，它是研究有关物质的热运动以及与热相联系的各种规律的科学。

它与力学、电磁学及光学一起共同被列为经典物理的四大基石。

由于热学研究对象的普遍性和研究方法的特殊性，使得它在物理学体系中和科技领域中都具有十分重要的地位和作用。

因此，通过本课程的学习，应该使学生认识到物质运动形态的多样性，熟练掌握有关物质热运动的一些基本概念和规律，掌握物质各种热现象的微观本质，了解统计规律的含义及计算方法。

本课程的学习也是为学生进一步学习原子物理学，热力学与统计物理学以及量子力学等课程打下基础，同时通过本课程的学习，能够使学生胜任中学有关热学知识的教学工作。

二、课程的目的与任务
热学课程是普通物理学的一个重要组成部分，是研究热现象、热本质与热力学基本定律的基础学科。

通过本课程的学习，学生应该对热物理学的一些基本概念，基本定律有一定的了解，并能够利用热力学基本定律对生活中的一些现象
做出定性的解释。

在教学过程中，应特别强调科学思维方法的训练，最终能使学生具有较高水平的独立思考能力以及创造性思维能力。

通过本课程的训练，应使学生从单纯型的学习接受型向分析研究型转变，为以后的科学研究打下坚实的基础。

三、理论教学的基本要求
热学是研究有关物质的热运动以及与热相联系的各种规律的科学。

热物理学渗透到自然科学各部门，所有与热相联系的现象都可用热学来研究。

通过本课程的学习，应达到以下要求：
1. 使学生掌握热学的基础理论、基础知识和基本技能，以及认识物质热运动形态的特点、规律和研究方法。

2. 在课堂讲授、课堂讨论以及习题课和课外作业等各个教学环节中培养学生自学、观察和独立思考的能力。

通过热学内容和研究方法的教学，加强学生辩证唯物主义观点。

3. 使学生理解温度和热量的表征方法，掌握热力学第零定律的内容，明确热力学和分子动理学理论的基本原理，能够利用分子动理学理论定性的解释一些与热相关的物理现象。

4. 掌握热力学第一定律和第二定律的内容以及数学表达式，能够利用这些定律定性解释一些物理现象，并能利用定律的数学表达式定量的求解一些物理问题。

5. 了解一些有关物态与相变的知识，并能定性解释一些物理现象，例如毛细现象，润湿和不润湿现象，蒸发和沸腾等。

四、实践教学要求
无。

五、教学学时分配数
六、大纲内容
（一）导论
教学目的与要求：
1. 阐明热学研究对象的特点及宏观与微观两种描述方法，并指出两种描述方法各自存在的缺点。

2. 通过课堂授课，应使学生掌握平衡态的定义，指出热力学平衡与力学平衡的区别和联系，并能根据平衡条件来判定某一热力学系统是否达到平衡。

注意区分平衡态和稳态的区别。

3. 从热力学第零定律引入温度的概念，并使学生掌握经验温标建立的要素，着重介绍理想气体温标。

4. 从基本的有关气体的实验定律引入理想气体物态方程，使学生理解理想气体的含义，并能根据理想气体物态方程求解一些物理问题。

5. 使学生了解物质的微观模型，并理解理想气体的微观描述，能推出理想气体压强公式，并能从微观角度解释温度的含义。

6. 通过对分子间作用力和作用势能曲线的讲授，使学生能够理解分子间相互作用的特点，并能定性解释一些物理现象，能够在考虑了分子间相互作用的基础上，对理想气体物态方程加以修正，推导出范德瓦尔斯方程。

教学内容：
1. 宏观描述方法与微观描述方法。

2. 热力学系统的平衡态。

3. 温度。

4. 物态方程。

5. 物质的微观模型。

6. 理想气体微观描述的初级理论。

7. 分子间作用力势能与真实气体物态方程。

教学提示：多媒体教学，课堂讨论，课外阅读，课堂实验演示，习题课讨论。

教学重点和难点：两种描述方法，平衡态的判定，热力学第零定律，温标的建立，理想气体物态方程，物质的微观模型，理想气体的微观描述，理想气体压强公式，分子力作用势能，真实气体物态方程。

学法指导：课堂分组讨论，习题课答疑，课外阅读相关文献资料。

作业：1.4.4,1.4.5,1.4.7，1.6.4,1.6.5,1.6.7,1.7.1,1.7.3.
（二）分子动理学理论的平衡态理论
教学目的与要求：
1. 通过课堂讲授和习题课讨论，使学生掌握麦克斯韦速率分布律的内容及意义，能够利用该分布律求解一些速率函数的平均值。

2. 使学生掌握麦克斯韦速度分布律的主要内容，理解利用麦克斯韦速度分布律推出理想气体压强公式的推导过程。

并对气体分子碰壁数及其应用有一定程度的了解。

3. 使学生掌握重力场中自由粒子的分布情况，能够推导出等温大气压强公式，并能理解玻耳兹曼分布的意义。

4. 通过课堂讲授和讨论，使学生掌握能量均分定理的内容，能够利用能量均分定理对一些物理现象做出定性的解释。

教学内容：
1. 概率论的基本知识。

2. 麦克斯韦速率分布律。

3. 麦克斯韦速度分布律。

4. 气体分子碰壁数及其应用（*）
5. 外力场中自由粒子的分布及玻耳兹曼分布。

6. 能量均分定理。

教学提示：多媒体授课，课堂讨论，习题课讨论，课外阅读，视频演示实验。

教学重点和难点：麦克斯韦速率分布律，麦克斯韦速度分布律，等温大气压强公式，玻耳兹曼分布，自由度和自由度数，能量均分定理。

学法指导：习题课讨论，课外阅读相关资料，课堂讨论。

作业：2.2.2，2.3.4, 2.3.5, 2.4.2, 2.5.1, 2.6.6, 2.6.8, 2.7.1, 2.7.2。

（三）输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论教学目的与要求：
1. 通过课堂讲授，使学生了解三种输运现象的宏观规律，并理解其微观机理，能过利用这些宏观规律对一些物理现象进行定性解释。

2. 通过引导学生阅读一些课外资料，使学生对热传递的三种方式有一定的了解，并对生活中的热传递现象能过加以解释。

3. 使学生对有关碰撞的一些微观模型有一定的理解，能够利用这些微观模型对三种输运系数进行推导。

4. 通过课堂讨论，使学生对稀薄气体中的输运规律有一定的了解，并能和常温常压下的气体进行比较，了解它们的不同点。

教学内容：
1. 黏性现象的宏观规律。

2. 扩散现象的宏观规律。

3. 热传导现象的宏观规律。

4. 气体分子平均自由程。

5. 气体输运系数的导出。

6. 稀薄气体中的输运过程。

教学提示：多媒体授课，课堂讨论，课外阅读。

教学重点和难点：输运现象的宏观规律，泊肃叶定律，平均碰撞频率的计算，气体分子平均自由程的计算，输运系数的导出，稀薄气体中的热传导现象。

学法指导：课堂讨论，课外阅读，有关实验视频演示。

作业：3.3.5, 3.3.6, 3.5.3, 3.7.1, 3.7.2, 3.8.1。

（四）热力学第一定律
教学目的与要求：
1. 通过课堂讲授及讨论，使学生掌握判断一个热力学过程是否为准静态过
程或可逆过程，了解准静态过程的意义。

2. 使学生对功和热量的物理意义有一定的理解，并能计算几种过程中的功和热量。

3. 通过课堂讲授和课外阅读，使学生掌握热力学第一定律的内容，并能利用热力学第一定律对一些物理现象进行解释。

4. 使学生对焓的物理意义有一定的了解，并对常用的两种热容（定体热容和定压热容）的计算有充分的理解。

5. 使学生能够利用热力学第一定律的数学表达式对理想气体的各种热力学过程进行分析计算。

6. 能够利用热力学第一定律对各种热机循环的循环效率进行分析计算。

7. 对制冷机和制冷系数有一定的理解，通过课外阅读和课堂讨论，对焦耳-汤姆孙效应有一定的了解。

教学内容：
1. 可逆与不可逆过程。

2. 功和热量。

3. 热力学第一定律
4. 热容与焓。

5. 第一定律对气体的应用。

6. 热机。

7. 焦耳-汤姆孙效应与制冷机。

教学提示：多媒体授课，课堂讨论，习题课讨论，课外阅读，启发式教学，视频演示实验。

教学重点和难点：可逆过程和准静态过程的判定，体积膨胀功的计算，热力学第一定律的内容，焓的物理意义，理想气体的内能，绝热过程方程，热机循环效率的计算，焦耳-汤姆孙效应。

学法指导：课堂讨论，习题课讨论，课外阅读。

作业：4.2.1，4.2.2, 4.4.2, 4.4.3, 4.5.2, 4.5.3, 4.5.5, 4.5.6, 4.5.7, 4.5.16, 4.6.1, 4.6.2, 4.6.4。

（五）热力学第二定律与熵
教学目的与要求：
1. 通过课堂授课和课外阅读，使学生对热力学第二定律的表述及其实质有一定的理解，并掌握证明两种表述等效性的方法。

2. 使学生了解卡诺定理的内容，并能证明该定理，能过利用卡诺定理对一些物理现象进行解释。

3. 通过课堂授课和讨论，使学生掌握熵的定义，并能计算一些过程中的熵变，对熵增加原理有一定的理解。

4. 掌握热力学第二定律的数学表达式以及玻耳兹曼关系，了解熵的微观意义。

教学内容：
1. 热力学第二定律的表述及其实质。

2. 卡诺定理。

3. 熵与熵增加原理。

教学提示：多媒体授课，课堂讨论，课外阅读，习题课讨论。

教学重点和难点：热力学第二定律的两种表述，卡诺定理，热力学温标的引入，克劳修斯等式的证明，熵的引入以及熵变的计算，熵增加原理的内容及意义，热力学第二定律的数学表达式，熵的微观意义，玻耳兹曼关系。

学法指导：课外阅读，课堂讨论，习题课讨论。

作业：5.3.1，5.3.3，5.3.6。

（六）物态与相变
教学目的与要求：
1. 使学生了解自然界中存在的物态。

2. 通过课堂授课和讨论，使学生掌握球形液面附加压强的计算方法，并能定性解释润湿与不润湿现象，对毛细现象的物理解释有一定的理解。

3. 对相变的定义有一定的理解，了解真实气体等温线和理想气体等温线的区别，能够利用范德瓦尔斯方程求出临界点。

教学内容：
1. 物质的五种物态。

2. 液体的表面现象。